一种模拟量输出电路的制作方法

本实用新型涉及工业模拟量控制领域，具体涉及一种模拟量输出电路。

背景技术：

在工业行业中，例如木工、激光切割行业中，模拟量信号是很重要的一种信号，如控制变频器、控制比例阀等。传统的模拟量输出电路常采用微控制器对DA转换芯片进行控制，将DA转换芯片的输出进行放大输出，这种方案没有隔离外部电气电路和模块内部电路，抗干扰能力差，容易造成电磁兼容问题甚至损坏元器件。

常用的一种隔离方法为在微控制器和DA转换芯片间采用数字光耦进行隔离，对于并行数据来说就需要很多光耦，同时还要增加电源转换电路，使PCB布局空间受到压缩；另一种隔离方法为微控制器产生PWM信号，PWM信号通过数字光耦进行隔离，在光耦二次侧采用低通滤波器进行平滑，使得PWM方波转换成与占空比成比例的直流电压量，需要一个滤波电路，响应速度慢，且低通滤波器容易受PWM波形干扰的影响，且基准电压精度不高，导致电路不稳定。

目前，现有的模拟量输出电路的结构复杂，电路不稳定，响应速度慢。因此，亟需一种模拟量输出电路，解决模拟量输出电路结构复杂，电路不稳定，响应速度慢的问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种模拟量输出电路，克服现有的模拟量输出电路电路结构复杂，电路不稳定，响应速度慢的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种模拟量输出电路，包括数模转换电路模块、电压跟随电路模块、光电隔离电路模块、放大电路模块，以及输出防护电路模块，所述数模转换电路模块接收外部的数字信号并将其转换为模拟电压信号，所述电压跟随电路模块分别与数模转换电路模块和光电隔离电路模块连接，将模拟电压信号进行缓冲并传输至光电隔离电路模块，所述光电隔离电路模块与放大电路模块连接并将接收的模拟电压信号进行电流隔离后传输至放大电路模块，所述放大电路模块将电流隔离后的模拟电压信号放大后通过输出防护电路模块输出至外部的模拟量控制部件。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述数模转换电路模块包括与电压跟随电路模块连接的数模转换芯片。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述电压跟随电路模块包括与数模转换电路模块连接的第一运算放大器，以及分别与第一运算放大器和光电隔离电路模块连接的二极管。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述光电隔离电路模块包括与放大电路模块连接的线性光耦，及分别与电压跟随电路模块和线性光耦连接并驱动线性光耦工作的驱动电路单元。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述线性光耦的型号为HCNR201。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述模拟量输出电路还包括与数模转换芯片连接的基准电压电路模块，所述基准电压电路模块产生基准电压并传输至数模转换芯片。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述输出防护电路模块包括与放大电路模块连接的TVS管。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述输出防护电路模块还包括与放大电路模块连接的保险丝。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述模拟量输出电路还包括与输出防护电路模块连接的发光二极管。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，提供一种模拟量输出电路，采用数模转换电路模块将外部的数字信号转换为模拟电压信号，响应速度快，电压跟随电路模块对模拟电压信号进行缓冲并传输至光电隔离电路模块，光电隔离电路模块对模拟电压信号进行电流隔离，增强电路的抗干扰能力，提高电路稳定性，且电路结构简单。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的模拟量输出电路的结构框图；

图2是本实用新型的数模转换电路模块和电压跟随电路模块的电路示意图；

图3是本实用新型的基准电压电路模块及模拟地和数字地连接电路的电路示意图；

图4是本实用新型的光电隔离电路模块、放大电路模块和输出防护电路模块的电路示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。

如图1至图4所示，本实用新型提供一种模拟量输出电路的优选实施例。

所述模拟量输出电路包括数模转换电路模块10、电压跟随电路模块20、光电隔离电路模块30、放大电路模块40，以及输出防护电路模块50，所述数模转换电路模块10接收外部的数字信号并将其转换为模拟电压信号，所述电压跟随电路模块20分别与数模转换电路模块10和光电隔离电路模块30连接，将模拟电压信号进行缓冲并传输至光电隔离电路模块30，光电隔离电路模块30与放大电路模块40连接并将接收的模拟电压信号进行电流隔离后传输至放大电路模块40，所述放大电路模块40将电流隔离后的模拟电压信号放大后通过输出防护电路模块50输出至外部的模拟量控制部件。采用数模转换电路模块10将外部的数字信号转换为模拟电压信号，响应速度快，电压跟随电路模块20对数模转换电路模块10转换输出的模拟电压信号进行缓冲并传输至光电隔离电路模块30，光电隔离电路模块30对模拟电压信号进行电流隔离，增强电路的抗干扰能力，提高电路稳定性，且电路结构简单。

进一步地，所述电压跟随电路模块20包括与数模转换电路模块10连接的第一运算放大器U2A，以及分别与第一运算放大器U2A和光电隔离电路模块30连接的二极管D1。

其中，所述数模转换电路模块10包括与电压跟随电路模块20连接的数模转换芯片U1。所述数模转换芯片U1的数字信号输入端引脚4-7和引脚13-16接收外部的数字信号，并直接由数模转换芯片U1将数字信号转换为模拟电压信号。数模转换芯片U1的响应速度快。

本实施例中，所述数模转换芯片U1的型号为DAC0832。

具体地，第一运算放大器U2A的同相输入端(3号引脚)与数模转换芯片U1的基准电压输入端(8号引脚)连接，第一运算放大器U2A的反相输入端(2号引脚)通过二极管D1与其输出端连接并连接至光电隔离电路模块，参考图2及图3中所标示的DA_Value。其中，二极管D1的正极与第一运算放大器U2A的输出端(1号引脚)连接，负极与第一运算放大器U2A的反相输入端(2号引脚)连接。第一运算放大器U2A的输出电压近似等于输入的电压，第一运算放大器U2A对模拟电压信号从数模转换芯片U1传输至光电隔离电路模块30起缓冲作用。

其中，所述第一运算放大器U2A不是轨到轨输出型运算放大器，无法输出低至0V的电压，因此，设置二极管D1分别与第一运算放大器U2A的反相输入端(2号引脚)和光电隔离模块30连接，解决接近0V的电压无法输出的问题，且结构简单，成本低。

进一步地，所述模拟量输出电路还包括与数模转换电路模块10连接的基准电压电路模块60，所述基准电压电路模块60产生基准电压并传输至数模转换电路模块10。

具体地，所述基准电压电路模块60包括第二运算放大器U2B。所述第二运算放大器U2B的同相输入端(5号引脚)分别与电阻R1和电阻R3连接，反相输入端(6号引脚)与其输出端(7号引脚)连接，形成电压跟随器，并连接至数模转换芯片U1的11号引脚，即如图2和图3中所标示的2V5OUT表示数模转换芯片的11号引脚和第二运算放大器U2B的7号引脚连接。将产生的基准电压传输至数模转换芯片U1。电阻R1和电阻R3串联设于电源VCC和地AGND之间，且两者阻值相同，对电源VCC进行分压，第二运算放大器U2B的同相输入端(5号引脚)分别与电阻R1和电阻R3连接得到基准电压，本实施例中以基准电压为2.5V为例，数模转换芯片U1将外部输入至数模转换芯片U1的数字信号输入端引脚4-7和引脚13-16(DI0-DI7)8位数字信号转换成0-2.5V模拟电压信号。

本实施例中，所述光电隔离电路模块30包括与放大电路模块40连接的线性光耦U3及分别与电压跟随电路模块20和线性光耦U3连接并驱动线性光耦工作的驱动电路单元。

具体地，所述线性光耦U3的型号为HCNR201。

其中，所述线性光耦U3的内部由一个高性能发光二极管LED和两个相邻匹配的第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2组成，第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2有完全相同的性能参数。发光二极管LED是所需隔离信号的输入端，当有电流流过时就会发光，两个光敏二极管在有光照射时就会产生光电流，线性光耦U3的内部封装结构使得两光敏二极管都能从发光二极管LED得到近似光照，且感应出正比于发光二极管LED发光强度的光电流,达到输入及输出电路间电流隔离的作用。

以及，所述驱动电路单元包括第三运算放大器U2C。所述第三运算放大器U2C的同相输入端接地(10号引脚)，反相输入端(9号引脚)通过电阻R5与二极管D1连接，第三运算放大器U2C的输出端通过电阻R4与线性光耦U3的隔离信号的输入端(1号引脚)连接。

当有电压通过第三运算放大器U2C传输至线性光耦U3的隔离信号的输入端(1号引脚)即输入至线性光耦U3的发光二极管LED，发光二极管LED把电信号转变成光信号，发光二极管LED的光第一光敏二极管PD1和第二光敏二极管PD2探测到并产生光电流。同时，电阻R5也会流过电流，可以认为第三运算放大器U2C的输入阻抗无限大，则没有电流流入第三运算放大器U2C的反相输入端(9号引脚)，流过电阻R5的电流将会流过第一光敏二极管PD1到地。

如图4所示，本实用新型提供一种输出防护电路模块的较佳实施例。

所述输出防护电路模块50包括与放大电路模块40连接的TVS管D4。所述TVS管D4用于快速释放静电释放电压，对电路起保护作用。

进一步地，所述输出防护电路模块50还包括与放大电路模块40连接的保险丝。所述保险丝可包括普通的限流保险丝，限流自恢复保险丝F1等。优选地，本实施例中的保险丝包括限流自恢复保险丝F1。限流自恢复保险丝F1可防止误接线短路时输出电流过大，损坏内部器件，也可防止当发生误接线导致反向灌入电流时损坏内部器件。

普通的限流保险丝起限流作用，限流保险丝流过的电流超过其电流极限范围，限流保险丝将损坏，必须更换新的限流保险丝才能使电路正常工作，更换麻烦。而本实施例采用的限流自恢复保险丝F1相比于普通的限流保险丝，有以下优点：1.在切断电源和排除故障后，可自动恢复为正常状态，无需更换；2.限流自恢复保险丝无正负极性之分，安装方便；3.起过流保护作用，且能抗长时间浪涌电流对电路的损害，保护电路；4.降低电路的维护成本。

如图4所示，本实用新型提供一种放大电路模块的较佳实施例。

所述放大电路模块包括第四运算放大器U4A和三极管Q1，所述第四运算放大器U4A的同相输入端(3号引脚)接电源0V，反相输入端(2号引脚)与线性光耦U3的6号引脚连接，且与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端分别与电阻R9、TVS管D4的负极、限流自恢复保险丝F1的一端连接，电阻R9的另外一端及TVS管D4的负极与电源0V连接，限流自恢复保险丝F1的另一端与模拟量口接线端子P1的1号引脚连接，模拟量口接线端子P1的2号引脚接电源0V，模拟量口接线端子P1的3号引脚接地线。

其中，第四运算放大器U4A使用芯片LM368中的运算放大器，其引脚8接电源+24V，4号引脚接电源0V。

以及，三极管Q1用于放大输出电流，型号为NZT560。三极管Q1的基极(1号引脚)通过电阻R6与第四运算放大器的输出端连接，三极管的Q1的集电极(2号引脚和4号引脚)与电源正24V连接，三极管的Q1的的发射极分别与二极管D3的正极和电阻R7的一端连接。其中，电阻R7的另一端与发光二极管D2的正极连接，发光二极管D2的负极与电源0V连接，二极管D3的负极与电阻R8、电阻R9，限流自恢复保险丝F1及TVS管D4的负极连接。P1为模拟量口接线端子，用于与外部通信线连接，输出模拟量信号。

其中，设置发光二极管D2，电路工作时，发光二极管D2有电流通过，可通过观察它的亮度知道输出电压的大致值。二极管D3用于防止外部电压反向击穿三极管Q1。

以及，本实施例中的模拟量输出电路的模拟地AGND和数字地GND通过电阻R2连接，实现模拟量输出电路的单点接地。

本实施例中，第一运算放大器U2A，第二运算放大器U2B，第三运算放大器U2C为芯片LM324中的运算放大器，且芯片LM324的4号引脚接电源VCC，11号引脚接模拟地AGND。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。